ENSIKLOPEDIA ELEKTRONIK RADIO DAN KEJURUTERAAN ELEKTRIK IC boleh atur cara analog sejagat: pemilihan unit fungsi asas. Data rujukan Ensiklopedia elektronik radio dan kejuruteraan elektrik / Penggunaan litar mikro Sukar untuk menilai terlalu tinggi kepentingan litar bersepadu logik boleh atur semula (FPGA) dalam sintesis sistem logik. Pembangunan komprehensif asas elemen dan sistem reka bentuk bantuan komputer memungkinkan untuk melaksanakan sistem logik yang kompleks dalam masa yang singkat dan dengan kos bahan yang minimum. Oleh itu, keinginan untuk mencapai hasil yang sama dalam reka bentuk dan pengeluaran sistem analog boleh difahami. Walau bagaimanapun, banyak percubaan yang dibuat ke arah ini masih belum membawa hasil yang diharapkan, dan IC analog boleh atur cara (PAIS) dan IC analog matriks (MABIS) belum menjadi universal. Masalah mereka bentuk LSI analog boleh atur cara Kemajuan pesat dalam bidang mereka bentuk sistem logik pada FPGA telah ditentukan oleh fakta bahawa semua sistem logik adalah berdasarkan radas matematik algebra Boole yang dibangunkan dengan baik. Teori ini memungkinkan untuk membuktikan bahawa pembinaan fungsi logik arbitrari adalah mungkin melalui komposisi tertib hanya satu operator asas - logik DAN-BUKAN (atau ATAU-TIDAK). Iaitu, mana-mana sistem logik yang ketat boleh direka bentuk daripada unsur-unsur hanya satu jenis, contohnya NAND. Keadaannya berbeza sama sekali dalam bidang reka bentuk (sintesis) dan analisis (penguraian) gambar rajah litar sistem analog. Dalam elektronik analog masih tiada alat matematik tunggal yang diterima umum yang membolehkan menyelesaikan masalah analisis dan sintesis dari kedudukan metodologi yang bersatu. Sebab-sebab fenomena ini harus dicari dalam sejarah perkembangan elektronik analog. Pada peringkat awal, litar peranti analog dibangunkan mengikut konsep kaedah nod berfungsi, idea utamanya ialah pembahagian rajah litar kompleks ke dalam nod. Nod terdiri daripada sekumpulan elemen dan melaksanakan fungsi yang sangat khusus. Apabila digabungkan, nod membentuk blok, papan, kabinet, mekanisme - i.e. beberapa struktur bersatu yang dipanggil peranti. Gabungan peranti membentuk sistem. Kaedah fungsional-nodal mengandaikan bahawa komponen asas sistem haruslah nod, tugas utamanya adalah untuk melaksanakan fungsi yang sangat spesifik. Itulah sebabnya kefungsian diambil sebagai kriteria untuk mengklasifikasikan nod, iaitu fakta bahawa nod menjalankan beberapa fungsi. Walau bagaimanapun, apabila elektronik berkembang, terdapat sejumlah besar fungsi khusus dan terpencil (dan oleh itu nod). Sebarang kemungkinan pengurangan dan penyatuan mereka, yang diperlukan untuk sintesis sistem kompleks, telah hilang. Itulah sebabnya pembangunan LSI analog matriks (MABIS) dan litar bersepadu analog boleh atur semula (PAIS) telah dan terus terhalang. Keadaan dalam bidang litar analog boleh atur cara boleh dikesan dengan menganalisis perkembangan syarikat terkemuka Rusia dan asing. Oleh itu, pakar dari OJSC NIITT dan kilang Angstrem menumpukan usaha mereka pada pembangunan dan pengeluaran BMC analog-digital (kristal matriks asas) Rul jenis N5515ХТ1, Н5515ХТ101, bertujuan untuk pemerolehan data, pemantauan dan sistem kawalan, untuk peralatan perubatan dan sistem kawalan.peralatan pengukur [1]. Reka bentuk BMK ini termasuk matriks analog dan digital. Matriks digital mengandungi 115 sel asas digital (230 get 2N-NOT), yang disusun dalam lima baris 23 sel setiap baris. Matriks analog menggabungkan 18 sel asas analog yang disusun dalam dua baris 9 sel. Di antara barisan sel analog terdapat dua baris kapasitor (nominal 17,8 pF) dan dua baris perintang resapan (24,8 kOhm setiap satu). Antara bahagian analog dan digital terdapat satu siri perintang 3,2-kOhm. BMK menyediakan dua jenis sel analog (A dan B). Sel Jenis A terdiri daripada 12 npn dan empat transistor pnp pengumpul terlindung dan 38 perintang resapan berbilang paip. Dalam sel jenis B, empat transistor npn digantikan oleh dua transistor p-MOS. Sel periferi jenis A dan B mengandungi empat transistor NPN berkuasa (dalam sel jenis B - dengan pengumpul terpencil) dan dua transistor bipolar. Sel asas digital terdapat dalam tiga jenis - empat transistor n-MOS, empat transistor p-MOS dan sepasang transistor bipolar pelengkap. Di samping itu, pada pinggiran kristal terdapat sel digital berkuasa yang mengandungi empat transistor n-MOS dan p-MOS yang berkuasa, serta dua transistor npn yang disambungkan mengikut litar Darlington. Perpustakaan elemen analog dan digital standard telah dibangunkan untuk BMK, yang memudahkan dan mempercepatkan proses mereka bentuk peranti berdasarkan BMK dengan ketara. BMK ini dan seumpamanya mengandungi set elemen radio elektrik (ERE) yang tidak bersambung antara satu sama lain, yang daripadanya beberapa unit berfungsi yang dinyatakan dalam perpustakaan boleh diperolehi. Kelemahan utama litar mikro tersebut adalah skop aplikasi yang sangat sempit, terhad kepada nilai penilaian tertentu dan ciri lain unsur kuasa elektrik dalam set tertentu. Keupayaan unit berfungsi yang dibangunkan dan disyorkan untuk set ini diberikan dalam perpustakaan yang mengiringi cip.
Sejak tahun 2000, Lattice Semiconductor telah menghasilkan litar bersepadu analog boleh atur cara (PAIC) daripada keluarga ispPAC (Litar Analog Boleh Aturcara Dalam Sistem) dengan pengaturcaraan dalam sistem, i.e. tanpa dialih keluar dari papan litar bercetak [2, 3]. Menjelang pertengahan 2000, tiga ahli keluarga ini telah dihasilkan: ispPAC-Yu (Rajah 1), ispPAC-20 (Rajah 2) dan ispPAC-80. Mereka menyepadukan sehingga 60 elemen aktif dan pasif, yang dikonfigurasikan, disimulasikan dan diprogramkan menggunakan pakej PAC-Designer. PAIS keluarga ispPAC mengandungi: • litar antara muka bersiri, daftar dan elemen memori tidak meruap (EEPROM) boleh diprogram semula secara elektrik, menyediakan konfigurasi matriks;
Seni bina siri ini adalah berdasarkan sel asas yang mengandungi: penguat instrumentasi (IA); penguat keluaran (OA), dilaksanakan menggunakan litar penambah/penyepadu; 2,5 V sumber voltan rujukan (ION); DAC 8-bit dengan output voltan dan pembanding dwi (CP). Untuk meningkatkan julat dinamik isyarat yang diproses, input dan output analog sel (kecuali untuk ION) dibuat menggunakan litar pembezaan. Dua DUT dan satu VU membentuk makrosel, dipanggil blok PAC, di mana output DUT disambungkan kepada input penjumlahan VU. Cip ispPAC-10 termasuk empat blok PAC, dan ispPAC-20 - dua. IspPAC-20 juga termasuk DAC dan sel pembanding. Dalam sel, keuntungan DUT diprogramkan dalam julat dari -10 hingga +10 dalam langkah 1, dan dalam litar maklum balas VU - nilai kapasitans kapasitor (128 nilai yang mungkin) dan hidupkan/mati rintangan. Sebilangan pengeluar IC menggunakan teknologi "kapasitor bersuis" untuk memprogramkan fungsi analog, yang melibatkan menukar kemuatan litar tetapan frekuensi menggunakan suis elektronik yang bertukar mengikut keadaan.
Pendekatan Lattice adalah berdasarkan penggunaan litar dengan ciri pemalar masa yang boleh diubah semasa konfigurasi semula sistem tanpa mematikan kuasa. Peningkatan ini penting kerana ia menghapuskan pemprosesan isyarat tambahan yang diperlukan dalam kaedah pertama. Alat penghalaan dalaman (Kolam Penghalaan Analog) membolehkan anda menyambungkan pin input litar mikro, input dan output makrosel, output DAC dan input pembanding antara satu sama lain. Dengan menggabungkan beberapa sel makro, adalah mungkin untuk membina litar penapis aktif boleh tala dalam julat frekuensi dari 10 hingga 100 kHz, berdasarkan penggunaan bahagian penyepadu. Perlu diingat bahawa ispPAC Lattice paling hampir dengan PAIS. Satu-satunya kelemahan mereka ialah tiada sistem elemen asas sejagat yang membenarkan reka bentuk bukan sahaja penapis aktif boleh tala, tetapi pelbagai jenis sistem analog yang agak luas. Keadaan inilah yang menghalang ispPAC daripada Lattice Semiconductor daripada menjadi analog FPGA daripada syarikat seperti Altera dan Xilinx. Secara umum, menganalisis keadaan dalam bidang pembangunan dan pelaksanaan praktikal litar mikro analog, beberapa generalisasi boleh dibuat: • sebahagian besar litar mikro analog yang dilaksanakan secara industri tidak boleh diklasifikasikan sebagai LSI dari segi tahap penyepaduan;
Asas reka bentuk bersatu untuk FPGA dan MABIS Walau bagaimanapun, tugas untuk membangunkan asas reka bentuk litar bersatu untuk sistem analog masih mempunyai penyelesaian; kami akan cuba membuktikan secara teori dan menunjukkan arah yang mungkin untuk pelaksanaan praktikal idea yang dibentangkan. Pertama sekali, seseorang harus memilih model matematik sistem elektronik analog yang besar yang membolehkan seseorang mengenal pasti sekumpulan kecil elemen asas. Dalam bidang analisis dan sintesis litar elektronik, hampir tidak ada alternatif kepada radas matematik sistem persamaan pembezaan linear, yang diiktiraf semula pada tahun enam puluhan abad yang lalu [4, 5]. Walau bagaimanapun, mari kita ambil perhatian bahawa idea penggunaan massa praktikal metodologi ini belum lagi menarik perhatian semua pakar. Sistem persamaan pembezaan terdiri daripada unsur-unsur, hubungannya dan dicirikan oleh struktur tertentu. Asas unsur persamaan pembezaan telah dikaji pada separuh pertama abad yang lalu dalam disiplin saintifik "automasi". Dalam bidang ini, kelebihan persamaan pembezaan seperti penyatuan telah muncul: bentuknya tidak bergantung pada model proses yang diterangkan. Walau bagaimanapun, dalam bentuk standard penulisan persamaan pembezaan tidak ada maklumat visual tentang sifat perhubungan dalam sistem yang dikaji. Oleh itu, kaedah untuk memaparkan struktur sistem persamaan pembezaan secara visual dalam bentuk pelbagai jenis gambar rajah telah dibangunkan sepanjang pembangunan teori kawalan automatik. Menjelang akhir 60-an abad kedua puluh, sudut pandangan moden mengenai organisasi struktur model sistem dinamik telah dibangunkan sepenuhnya [6]. Pembentukan model matematik sistem bermula dengan pembahagiannya kepada pautan dan penerangan seterusnya - sama ada secara analitikal dalam bentuk persamaan yang menghubungkan kuantiti input dan output pautan; atau secara grafik dalam bentuk rajah mnemonik dengan ciri. Berdasarkan persamaan atau ciri pautan individu, persamaan atau ciri sistem secara keseluruhan disusun. Pautan sistem dinamik dikenal pasti sebagai tipikal
Ambil perhatian bahawa jika untuk gambar rajah berfungsi sistem dibahagikan kepada pautan berdasarkan fungsi yang mereka lakukan, maka untuk penerangan matematik sistem dipecahkan berdasarkan kemudahan mendapatkan penerangan. Oleh itu, pautan hendaklah semudah (sekecil) yang mungkin. Sebaliknya, apabila membahagikan sistem kepada pautan, penerangan matematik bagi setiap pautan mesti disusun tanpa mengambil kira hubungannya dengan pautan lain. Ini boleh dilakukan jika pautan mempunyai arah tindakan - i.e. menghantar pengaruh dalam satu arah sahaja, dari input ke output. Kemudian perubahan dalam keadaan mana-mana pautan tidak menjejaskan keadaan pautan sebelumnya. Jika syarat untuk arah tindakan pautan dipenuhi, penerangan matematik keseluruhan sistem boleh diperolehi dalam bentuk sistem persamaan bebas pautan individu, ditambah dengan persamaan sambungan antara mereka. Pautan yang paling biasa (tipikal) dianggap sebagai pautan aperiodik, ayunan, penyepaduan, pembezaan, dan kelewatan malar [6]. Masalah pautan asas dalam model bentuk sistem persamaan pembezaan telah dikaji oleh beberapa pengarang [7-9]. Analisis menunjukkan [10] bahawa kedudukan mereka terutamanya datang untuk menyatakan fakta kewujudan pautan tipikal dan mengkaji peranan mereka dalam proses pembentukan struktur yang lebih kompleks. Pemilihan ke dalam kumpulan unit biasa dibuat sewenang-wenangnya, tanpa sebarang kriteria. Pelbagai pautan disertakan dalam senarai pautan biasa tanpa penjelasan atau justifikasi, dan istilah "paling mudah" dan "elementary" juga digunakan secara sama untuk menetapkan pautan biasa (lihat jadual). Sementara itu, kajian ke atas banyak pautan "tipikal" sistem dinamik menggunakan kaedah matriks struktur [10-12] menunjukkan bahawa hanya tiga pautan - berkadar, menyepadukan dan membezakan - tidak mengandungi kitaran matriks dalam matriks strukturnya. Oleh itu, hanya mereka yang boleh dipanggil asas. Semua pautan lain dibina dengan menggabungkan pautan asas. Jadi, jika pautan berkadar dengan fungsi pemindahan WB(s) = kB dan pautan pembezaan dengan fungsi pemindahan WA(s) = kAs disambungkan mengikut litar maklum balas negatif (Rajah 3), kemudian fungsi pemindahan setara Oleh itu, hasilnya, sehingga nilai pemalar masa, bertepatan dengan fungsi pemindahan pautan aperiodik tertib pertama. Ini bermakna pautan ini boleh diperolehi dengan menyambungkan pautan berkadar dan membezakan mengikut litar dengan maklum balas negatif dan, oleh itu, ia tidak boleh dianggap asas.
Pautan selebihnya yang disertakan dalam jadual boleh dibina dengan cara yang sama. Perhatian khusus harus diberikan kepada fungsi pemindahan pautan berayun (T2p2 + 2ξTp + 1)y = ku. Oleh itu, jika kita menyambung dalam siri dua pautan aperiodik dengan fungsi pemindahan yang berbeza hanya dalam pemalar masa, maka fungsi pemindahan setara akan mengambil bentuk Oleh itu, hasilnya, sehingga nilai pemalar masa, bertepatan dengan fungsi pemindahan pautan yang dikaji. Akibatnya, pautan tertib ke-2 berayun, konservatif dan aperiodik boleh diperoleh dengan menyambungkan pautan tertib pertama secara bersiri. Ini bermakna bahawa mereka tidak boleh dianggap asas, walaupun pada dasarnya dibenarkan untuk memanggilnya tipikal. Analisis keputusan yang diberikan dalam lajur terakhir jadual membolehkan kita membuat kesimpulan bahawa pautan seperti aperiodik, isodromik, memaksa, membezakan inersia dan menyepadukan inersia boleh diperoleh dengan menyambungkan pautan asas. Untuk membuktikan bahawa fungsi pemindahan pautan biasa lain boleh diperoleh dengan menyambungkan pautan asas, adalah perlu untuk menganalisis sambungan tiga, empat, dan seterusnya pautan mengikut gambar rajah sambungan biasa. Hasil yang sama boleh diperoleh jika kita mempertimbangkan sambungan pautan asas dengan pautan tertib pertama yang biasa. Beberapa kajian ini telah pun dilakukan; keputusannya dibentangkan dalam [10]. Oleh itu, telah terbukti bahawa dengan menyambungkan pautan asas adalah agak mudah untuk mendapatkan semua fungsi pemindahan apa yang dipanggil pautan dinamik standard. Akibatnya, sistem dinamik arbitrari boleh disintesis menggunakan pengendali pendaraban dan gabungan hanya tiga pautan asas: berkadar, membezakan dan menyepadukan. Kesimpulan ini amat penting, kerana ia menentukan asas unsur yang diperlukan untuk pembinaan sistem dinamik linear bagi sebarang susunan, termasuk litar radio-elektronik. Dan jika sistem dinamik sepatutnya dibina daripada rangkaian terhad pautan dinamik, seperti dalam kes MABIS dan PAIS, maka kesimpulan yang dibuat adalah sangat penting.
Ia menjadi mungkin untuk mensintesis peranti analog sewenang-wenangnya daripada hanya lima unit berfungsi - pemultipleks, penambah, pengganda, penyepadu dan pembeza (Gamb. 4)! Perhatikan bahawa ditunjukkan dalam Rajah. 4 rajah tidak boleh dianggap sebagai penyelesaian litar yang terbukti sebenarnya, tetapi hanya sebagai justifikasi untuk kemungkinan menggantikan pautan asas dalam rajah berfungsi dengan unsur radio-elektronik asas. Dengan menggantikan pautan asas litar berfungsi dengan rakan perkakasan mereka, adalah mungkin untuk mereka bentuk peranti analog dengan ciri-ciri tertentu. Contoh sintesis peranti analog Mari kita pertimbangkan contoh yang sangat mudah untuk mensintesis gambarajah litar peranti analog menggunakan model yang ditentukan oleh sistem persamaan pembezaan dalam bentuk transformasi Laplace dalam bentuk: x0 = g, x1 =x0 - 2x2/s,x2 = 10x1/s,x3 =x2 - 10x4/s,x4 = 500x3/ s.
Mari kita bina matriks struktur sistem persamaan pembezaan ini dan serlahkan kitaran matriks dengan anak panah:
Daripada hasil simulasi (Rajah 6) litar tersintesis dapat dilihat bahawa, dengan parameter yang diberikan, ia terdiri daripada dua penjana bersambung siri. Iaitu, peranti yang sangat mudah, yang terdiri daripada hanya empat unit penyepaduan, melaksanakan fungsi yang agak kompleks untuk memodulasi ayunan frekuensi rendah dengan ayunan frekuensi tinggi. Ambil perhatian bahawa apabila mereka bentuk dan mengeluarkan MABIS dan PA-IS sama sekali tidak perlu menggunakan analog perkakasan unit asas yang dibuat pada penguat operasi, seperti dalam Rajah. 4, walaupun mereka paling baik dibangunkan atas dasar ini [13-16]. Yang paling menjanjikan ialah pelaksanaan analog perkakasan unit asas menggunakan komponen optoelektronik, walaupun pilihan lain mungkin.
MABIS dan PAIS sejagat - mungkin Oleh itu, kita boleh membezakan lima komponen asas (paling mudah) mana-mana REA, sepadan dengan pengendali asas sistem persamaan pembezaan: pendaraban, pembezaan, penyepaduan, penambahan dan pembiakan (multiplexing). Metodologi reka bentuk untuk peranti elektronik analog menganggap [10]: • digunakan sebagai data awal untuk mereka bentuk model matematik dalam bentuk sistem n persamaan pembezaan tertib pertama (atau persamaan pembezaan tertib ke-XNUMX;
Pendekatan yang dicadangkan mempunyai beberapa kelebihan yang menentukan. Oleh itu, rajah fungsi peranti yang direka bentuk disintesis daripada sistem asal persamaan pembezaan menggunakan transformasi matriks standard, yang boleh dipesan dan ditukar kepada algoritma untuk pengiraan automatik. Gambar rajah litar elektrik disintesis daripada rajah berfungsi dengan hanya menggantikan pautan dinamik asas dengan unsur asas yang setara. Memodelkan peranti menggunakan alat CAD juga boleh menjadikannya lebih mudah. Oleh itu, memandangkan set unit asas tidak banyak, terdapat kemungkinan sebenar untuk mereka bentuk MABIS dan PAIS universal. Yang, seterusnya, sangat memudahkan reka bentuk peranti analog dan digital-ke-analog dan membuka prospek menarik untuk pembangunan selanjutnya elektronik secara umum. Kesusasteraan 1. Alenin S., Ivanov V., Polevikov V., Trudnovskaya E. Pelaksanaan peranti analog-digital khusus berdasarkan BIK MOS BMKtype N5515ХТ1. - ChipNews, 2000, No. 2.
Pengarang: G. Mishin; Penerbitan: cxem.net Lihat artikel lain bahagian Penggunaan litar mikro. Baca dan tulis berguna komen pada artikel ini. Berita terkini sains dan teknologi, elektronik baharu: Kulit tiruan untuk emulasi sentuhan
15.04.2024 Petgugu Global kotoran kucing
15.04.2024 Daya tarikan lelaki penyayang
14.04.2024
Berita menarik lain: ▪ Hemisfera utara mendapat lebih banyak hujan ▪ Mencipta bentuk cahaya baharu ▪ Menemui cara untuk meningkatkan kecekapan loji tenaga solar ▪ Monitor permainan Lenovo Legion R25i-30 ▪ Pokok palma dan baobab pernah tumbuh di Antartika Suapan berita sains dan teknologi, elektronik baharu
Bahan-bahan menarik Perpustakaan Teknikal Percuma: ▪ bahagian tapak Kerja pemasangan elektrik. Pemilihan artikel ▪ artikel Bekhterev Vladimir Mikhailovich. Kata-kata mutiara yang terkenal ▪ artikel Apakah mukjizat yang Yesus lakukan semasa masih dalam kandungan? Jawapan terperinci ▪ pasal penjagaan kaki. Petua pelancong ▪ artikel Simulator bunyi tembakan. Ensiklopedia elektronik radio dan kejuruteraan elektrik ▪ artikel Bagaimana untuk membezakan antara bateri tambah dan tolak. Pengalaman kimia
Tinggalkan komen anda pada artikel ini: Semua bahasa halaman ini Laman utama | Perpustakaan | artikel | Peta Laman | Ulasan laman web www.diagram.com.ua |